КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
1. Коррозия (от латинского «corrodere» разъедать) – самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.
2. Виды коррозии: химическая и электрохимическая
I. Химическая – коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде, при этом происходит окислительно-восстановительное разрушение металла без возникновения электрического тока в системе.
К химической коррозии относятся:
- газовая коррозия - коррозионное разрушение под воздействием газов при высоких температурах;
- коррозия в жидкостях-неэлектролитах.
Газовая
- химическая коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с газами.
Основной окислитель – кислород воздуха.
Процессы химической коррозии железа:
2Fe + O2 = 2FeO
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
3Fe + 3O2 = FeO·Fe2O3 (смешанный оксид железа (II, III))
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 (на воздухе в присутствии влаги)
Fe(OH)3 t °C→ H2O + FeOOH (ржавчина)
3Fe + 4H2O(пар) = Fe3O4 + 4H2
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах
Жидкости-неэлектролиты - это жидкие среды, которые не являются проводниками электричества. К ним относятся: органические (бензол, фенол, хлороформ, спирты, керосин, нефть, бензин); неорганического происхождения (жидкий бром, расплавленная сера и т.д.). Чистые неэлектролиты не реагируют с металлами, но с добавлением даже незначительного количества примесей процесс взаимодействия резко ускоряется. Например, если нефть будет содержать серу или серосодержащие соединения (сероводород, меркаптаны) процесс химической коррозии ускоряется. Если вдобавок увеличится температура, в жидкости окажется растворенный кислород - химическая коррозия усилится.
Присутствие в жидкостях-неэлектролитах влаги обеспечивает интенсивное протекание коррозии уже по электрохимическому механизму.
Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах подразделяется на несколько стадий:
- подход окислителя к поверхности металла;
- хемосорбция реагента на поверхности;
- реакция окислителя с металлом (образование оксидной пленки);
- десорбция оксидов с металлом (может отсутствовать);
- диффузия оксидов в неэлектролит (может отсутствовать).
Для защиты конструкций от химической коррозии в жидкостях-неэлектролитах на ее поверхность наносят покрытия, устойчивые в данной среде.
II. Электрохимическая – окислительно-восстановительное разрушение сплавов и металлов, содержащих примеси, с возникновением электрического тока в системе.
| АНОД (более активный металл) – разрушается | КАТОД (менее активный металл или примесь неметалла, способного + ē) – восстанавливается среда |
| Ме0 – nē → Men+ (процесс окисления) | кислая среда: 2H+ + 2ē → H2 (процесс восстановления) влажный воздух: O2 + 2H2O + 4ē → 4OH- (процесс восстановления) |
Пример:
Электрохимическая коррозия железной детали с примесями меди во влажном воздухе.
А: Fe0 - 2ē → Fe2+ (Окисление)
К: O2 + 2H2O + 4ē → 4OH- (процесс восстановления)
Итог: 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 (белая ржавчина)
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 (бурая ржавчина)
Fe(OH)3 = FeOOH + H2O
III. Защита от коррозии:
1). Металлические покрытия – анодное (покрытие более активным металлом Zn, Cr) – оцинкованное железо; катодное (покрытие менее активным металлом Ni, Sn, Ag, Au) – белая жесть (лужёное железо) – не защищает от разрушения в случае нарушения покрытия.
2). Неметаллические покрытия – органические (лаки, краски, пластмассы, резина - гумирование, битум);
неорганические (эмали).
3). Протекторная защита – присоединение пластины из более активного металла (Al, Zn, Mg) – защита морских судов.
4). Электрохимическая (катодная) защита – соединение защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Ток идёт в противоположном направлении.
5). Добавление ингибиторов (в зависимости от природы металла – NaNO2, Na3PO4, хромат и бихромат калия, ВМС органические соединения), адсорбируются на поверхности металла и переводят его в пассивное состояние.
Задания и вопросы по теме: «Коррозия металлов и сплавов»
№1. При электрохимической коррозии на поверхности анода протекает процесс
А) Восстановления ионов водорода; Б) Окисления металла;
В) Восстановление молекул кислорода; Г) Окисления молекул водорода.
№2. Почему считают, что рядом со стальной коронкой (Fе) не рекомендуется ставить золотую (Аu)?
№3. Вот история, произошедшая с норвежским грузовым судном «Анатина». Трюмы теплохода, направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Корпус судна сделан был из стали. Внезапно судно дало течь. Объясните, что произошло.
№4. Какой из компонентов загрязненного городского воздуха является наиболее коррозионно-активным по отношению к металлам, особенно при повышенной влажности:
а) N2; б) СО; в) SO2.
№5. Рассмотрите рисунок, ответьте на вопросы:
Обратите внимание! В восстановлении кислорода участвуют ионы Н+. Если концентрация Н+ понижается (при повышении рН), восстановление О2 затрудняется. Замечено, что железо, находящееся в контакте с раствором, рН которого выше 9–10, не корродирует.
С усилением коррозии в присутствии солей часто сталкиваются автомобилисты в тех местностях, где в зимнее время для борьбы с гололедицей дороги обильно посыпают солью. Влияние солей объясняется тем, что образуемые ионы создают электролит, необходимый для возникновения замкнутой электрической цепи.
- Определить тип коррозии в каждом стакане.
- В каких стаканах железный гвоздь прокорродировал сильнее, в каких меньше, а в каких коррозии не подвергся? Почему?
- Объясните, что усиливает коррозию, а что ее замедляет?
№6. Рассмотрите процесс коррозии при соединении медной трубы с гальванизированной (оцинкованной) стальной трубой, если обе трубы находятся в земле.
№7. Почему цинк не используют при изготовлении консервных банок для покрытия им железа? Почему оцинкованное железо идёт на изготовления вёдер, баков?
№8. Как будет протекать процесс коррозии в том случае, если железную водосточную трубу прибить к дому алюминиевыми гвоздями?
№9. При изготовлении луженого железа (белой жести) - железо покрывают оловом, какое это покрытие - А) Анодное; Б) Катодное? Запишите электродные процессы
№10. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели вот уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из железа, в котором почти нет примесей. Объясните, почему в данном случае статуя не подвергается коррозии
